The interaction of carbohydrates with carbohydrate-binding proteins is key to a multitude of important biological events, such as cell-cell interactions and signal transduction. Carbohydrates are also essential for energy storage and transfer. Binding to the three-dimensional display of carbohydrates at the cell surface (the glycocalyx) is known to play a role in many disease states, such as carbohydrate binding by viruses. Furthermore, changes in the distribution and type of oligosaccharides is known to occur at tumour cell surfaces. The importance of these natural events at the cell membrane surface provided the motivation for their study in a biomimetic environment. Inspired by previous work in the field of carbohydrate-lectin binding and work in the Webb group into mimicry of cellular processes using supramolecular chemistry, vesicular structures of synthetic glycolipids in natural phospholipids were created. Several synthetic glycolipids were synthesised and found to be capable of lateral phase separation in ordered-phase phospholipid bilayers, forming artificial lipid rafts in the bilayer. The glycolipid vesicle systems were used to study the effects of the lateral clustering of glycolipids on two different biochemical events at the membrane surface: Binding of mannosyl-lipids by concanavalin A (ConA) and the enzymatic galactosylation of N-acetylglucosamine (GlcNAc)-lipids by bovine β-(1,4)-galactosyltransferase (β4GalT1). Fluorescence quenching titrations revealed that clustering of mannosyl-lipids had little effect on the strength of ConA binding. However, HPLC measurements showed that lateral clustering of GlcNAc-lipids could enhance their enzymatic galactosylation by β4GalT1. The work presented in this thesis represents the formulation of these vesicle systems and their study with ConA and β4GalT1. Further investigation with other phase-separating glycolipid-lectin/enzyme pairs is necessary to establish whether the effects of clustering observed herein are exclusive to ConA and β4GalT1, or are general phenomena observed at the membrane surface.

De nombreux glycoclusters multivalents des calixarènes, des pillararènes ou des fullerènes ont été synthétisés au sein de notre laboratoire et ont montré d'excellentes affinités pour diverses lectines grâce à leur multivalence et au « glycoside cluster effect ». Nous avons cherché à approfondir ces résultats en ajoutant un degré de dynamisme à ces molécules. Pour cela, nous avons appliqué les concepts de la chimie combinatoire dynamique où des briques moléculaires s'auto-assemblent via des liaisons réversibles pour générer à l'équilibre thermodynamique une chimiothèque d'oligomères. Des briques moléculaires dithiophénols glycosylés sont capables de s'auto-assembler via la formation de ponts disulfures. Leurs propriétés ont été investiguées en chimie combinatoire dynamique et la distribution d'espèces résultant de l'équilibration a montré la formation exclusive des cyclotrimères et cyclotétramères, ou dyn[3]- et dyn[4]arènes. La répétition de l'expérience en présence d'une lectine modèle (ConA) a mené à l'amplification des homodyn[3]- et homodyn[4]arènes. Ces derniers ont été isolés par HPLC semi-préparative et leurs affinités pour ConA ont été mesurées en ITC dans le domaine du nanomolaire. Une extension de cette méthodologie aux lectines LecA et LecB de Pseudomonas aeruginosa est en cours / Several glycoclusters based on calixarenes, pillararenes or fullerenes have been synthesized in our laboratory. They exhibited strong affinities for several lectins through their multivalence and the “glycoside cluster effect”. The prupose of this study was to add a dynamic part to these molecules. We therefore applied the concept of dynamic combinatorial chemistry in which building blocks are able to self-assemble through reversible bonds to generate a library of oligomers. Dithiophenols bearing carbohydrate epitopes can self-assemble through the formation and exchange of disulfide bonds. Their properties in dynamic combinatorial chemistry were studied and the species distribution at the thermodynamic equilibrium revealed the selective formation of cyclotrimers and cyclotetramers named dyn[3]- and dyn[4]arenes. The equilibration in the presence of ConA, used as a model lectin, have led to the amplification of homodyn[3]- and homodyn[4]arenes. These glycodyn[n3,4]arenes have been isolated and their affinities toward ConA measured by ITC in the nanomolar range. Extension of this methodology toward the lectins LecA and LecB of Pseudomonas aeruginosa is in progress

Pseudomonas aeruginosa (PA) est la troisième bactérie impliquée dans les maladies nosocomiales et est la principale cause de mortalité des patients atteints de la mucoviscidose. PA est résistante à la plupart des traitements antibiotiques. Trouver de nouvelles stratégies thérapeutiques est devenu un enjeu majeur de santé publique, l’une d’entre elles est l’inhibition de facteurs de virulence. Parmi ceux-ci, les lectines sont des protéines impliquées dans l’adhésion et la formation de biofilm via des interactions avec des sucres (PA-IL, PA- IIL, FliC, FliD, PilA, PilY1 et CupB6).Le but de ce travail est donc de trouver des leurres moléculaires ayant une forte affinité pour ces lectines. Ceux-ci sont des motifs saccharidiques présentés de façon multivalente : glycoclusters. De part leur grande diversité structurale et leur faible quantité, un outil de criblage innovant a été développé qui consiste en une lame de verre microstructurée : le glycocluster-microarray. Les glycoclusters sont immobilisés de manière ordonnée par DNA Directed Immobilization (DDI). Deux méthodes de criblage ont été développées grâce à cet outils : 1) le criblage en solution et par compétition d’une bibliothèque de motifs saccharidiques et 2) le criblage d’une bibliothèque de glycoclusters immobilisés sur le microarray. Avec cet outil, des protocoles de mesures d’IC50 et de Kd ont aussi été fiabilisés pour caractériser les meilleurs candidats inhibiteurs des lectines. Le glycocluster- microarray présente l’avantage de n’utiliser qu’une très faible quantité de matériel (quelques picomoles) et permet de réaliser diverses analyses en parallèle.Afin de valider cet outil, une étude sur l’impact de la densité de surface en glycocluster a été menée. Le criblage de plus de 150 motifs saccharidiques a permis de sélectionner ceux ayant une forte affinité pour les lectines. L’analyse sur microarray complétée par de la modélisation moléculaire d’une bibliothèque de glycoclusters, possédant ces motifs et différentes topologies, valences et propriétés (aromaticité, charge,…), a permis d’identifier les paramètres clés dirigeant les relations structure-affinité. Une activité anti-biofilm chez PA a été démontrée avec les meilleurs glycoclusters ciblant PA-IL.Tester l’activité in vivo, chez l’animal, des meilleurs candidats est une voie à explorer. Cibler d’autres lectines comme celles présentes sur le flagelle et les pili de PA et notamment impliquées dans son adhésion précoce est aussi une voie à développer. Pour cela, des tests préliminaires ont été présentés et d’autres sont en cours faisant appel à l’utilisation de bactéries entières ainsi qu’à une détection sans marquage des lectines. / Summary: Pseudomonas aeruginosa (PA) is the third pathogen involved in nosocomial diseases and the major cause of mortality of cystic fibrosis patients. PA develops resistance to antibiotics treatments. And so, developing new therapeutic strategies is a public health issue. One of the promising strategies is to inhibit virulence factors involved in the adhesion and the biofilm formation of PA. Some of these virulence factors are lectins which interact with sugars (PA-IL, PA-IIL, FliC, FliD, PilA, PilY1 and CupB6).The goal of this work is to find molecular decoys which have a strong affinity for these lectins. These are saccharidic units with a multivalent display: glycoclusters. An innovative screening tool has been developed: the glycocluster-microarray, to study lectin/glycocluster interactions. It is a microstructured glass slide where glycoclusters are immobilized by DNA Directed Immobilization (DDI). Two screening methods have been developed with this microarray: 1) the screening in solution and by competition of a saccharidic units library and2) the screening of a glycoclusters library immobilized on the microarray. Protocols of IC50 and Kd measurements have also been developed with this tool to characterize the best lectins inhibitors. This tool allows to use few amount of material (few picomoles) and to do parallel analysis.To validate the microarray, a study of the impact of glycoclusters surface density has been done. The screening of more than 150 saccharidic units allowed the selection of the ones that display the best affinity forlectins. The analysis, on microarray and molecular simulations, of the glycoclusters library displaying thesesaccharidic units and several topologies, valences and properties (aromaticity, charge,…) enable to identify key parameters of structure-affinity relationships. An anti-biofilm activity has been observed for the best glycoclusters targeting PA-IL.Testing in vivo activity of these best candidates will be explored. Targeting others lectins such as the ones on the flagella and pili of PA and involved in the early adhesion needs also to be developed. To this end, preliminary tests have been showed and some are in progress.

La bactérie Pseudomonas aeruginosa est un pathogène opportuniste responsable de graves infections chez les personnes affaiblies immunitairement. Présentant des souches résistantes aux antibiotiques, une nouvelle approche thérapeutique est en cours de développement avec pour objectif l’inhibition des facteurs de virulence de la bactérie. Lors de son processus d’infection, le pathogène utilise les lectines pour reconnaître et se lier de manière spécifique aux glycoconjugués des cellules-hôtes en formant une interaction lectine/glycoconjugué. Plus particulièrement, la lectine PA-IL, spécifique du galactose, a été étudiée. A l’aide de glycomimétique, il semble possible de bloquer l’action de la lectine en créant une interaction lectine/glycomimétique. Pour développer cette approche, de nombreux glycocluster sont donc été élaborés et leur affinité avec la lectine PA-IL a été évaluée par plusieurs méthodes de caractérisation (SPR, HIA, ELLA, puce à sucre,…).Dans ce projet de thèse, nous avons cherché à visualiser par microscopie à force atomique (AFM) l’arrangement des complexes lectine PA-IL/glycocluster formés pour trois glycoclusters différents. Nous avons ainsi pu montrer l’influence du cœur du glycocluster et des bras-espaceurs sur l’arrangement des complexes. Suivant le glycocluster, l’arrangement prend la forme de filaments 1D,de structures dentelées avec des bras sinueux ou encore de larges structures compactes. Dans le cas des filaments, la résolution de nos images AFM nous a permis d’identifier les lectines à l’intérieur même de la structure filaire. Nous avons aussi démontré, en observant les lectines seules, l’existence d’une interaction lectine/lectine. De plus, des expériences ont été menées pour déterminer les conditions expérimentales appropriées à leur observation à l’air et en milieu liquide. / The bacterium P. aeruginosa is an opportunistic pathogen responsible for serious infections in immunocompromised patients. It also develops some strains resistant to antibiotics. A new approach is developed to inhibit virulence factors of the bacterium. During the process of infection, the pathogen uses lectins to recognize and bind specifically to glycoconjugates of the host cells forming alectin/glycoconjugate complex. Particularly, the lectin PA-IL, specific to galactose, was studied. Using glycomimetics, it seems possible to block the action of the lectin by creating lectin/glycomimetic interaction. To develop this approach, many glycoclusters were designed and their affinity with lectin PA-IL was evaluated by various characterization techniques (SPR, HIA, ELLA, microarrays,…).In this thesis project, we have tried to visualize by Atomic Force Microscopy (AFM) the arrangement of lectin PA-IL/glycocluster complexes with three different glycoclusters. Our results show the influence of the glycocluster core and the linker on the arrangement of complexes. Depending on glycocluster, the arrangement takes the form of 1D filaments, 2D "pinked" structures with sinuous branches or large compact structures. In the case of filaments, the resolution of AFM images allows us to identify lectins along the filament. We also demonstrated the existence of lectin/lectin interactions at high concentration of lectin. In addition, some experiments were performed to determine sample preparation techniques to observe lectins in air and in liquid.

Pseudomonas aeruginosa (PA) est l’un des principaux germes impliqués dans les maladies nosocomiales et est aussi la principale cause de mortalité et morbidité des patients atteints de la mucoviscidose malgré l’utilisation massive d’antibiotiques. Dans la lutte contre PA, une alternative aux antibiotiques est l’inhibition de ses facteurs de virulence notamment ceux impliqués dans l’adhésion et la formation du biofilm via des interactions de type sucres/protéines. Ces protéines sont appelées lectines (PA-IL, PA-IIL, FliD). L’objectif de ce travail est la recherche de molécules inhibitrices (glycoclusters) de ces lectines impliquées dans la virulence de PA. Compte tenu du grand nombre de glycoclusters à tester et des faibles quantités de matériels biologiques disponibles, un outil de criblage innovant a été développé (glycoarray) à partir d’une lame de verre microstructurée et fonctionnalisée chimiquement afin d’immobiliser de manière organisée et ordonnée les glycoclusters. La méthode d’immobilisation choisie est la méthode d’immobilisation spécifique par hybridation de l’ADN appelée DDI : DNA Directed Immobilization. Sur ces glycoarrays, 3 méthodes indépendantes (lecture de fluorescence directe, IC50 et Kd) de mesure des interactions glycoclusters/lectines ont été mises au point et validées par une étude comparative donnant un classement similaire des glycoclusters pour leur affinité vis-à-vis des lectines Il faut noter que ces mesures faites sur glycoarrays ne consomment que quelques picomoles de glycoclusters comparées aux méthodes classiques (ITC, ELLA, RMN, …) qui nécessitent des micromoles de produits. A l’aide de ces glycoarrays, un criblage d’une bibliothèque d’une centaine de glycoclusters multivalents, de différentes topologies, charges et linkers a permis d’identifier deux structures montrant une très forte affinité vis-à-vis des lectines de PA. Ces glycoclusters sont actuellement en test in vitro et in vivo. Ces études d’interactions sur DDI-glycoarray ont été étendues à d’autres agents pathogènes tels que les bactéries Burkholderia ambifaria, Viscum album ou contre le virus de la grippe. Dans le futur, pour mieux appréhender les mécanismes d’interactions sucres/protéines, il serait intéressant de pouvoir suivre en temps réel ces interactions en utilisant des systèmes de détection sans marquage tel que, par exemple, la résonance plasmonique de surface. Aussi, le dernier chapitre donne les prémices d’une adaptation de la méthode DDI sur glycoarray sur surface d’or. / Pseudomonas aeruginosa (PA) is one of the predominant bacterium encountered in nosocomial infections. PA infections often lead to chronic inflammation and eventually to death despite aggressive antibiotic therapy. A promising approach is to inhibit the virulence factors of PA such as PA-IL, PA-IIL, FliD (lectins). Therefore, there is a great interest for studying carbohydrate/lectin interactions in order to design new treatments. The goal of this work is the research for inhibitory molecules (glycoclusters ) of these lectins involved in the virulence of PA. An innovative screening tool for studying carbohydrate/lectin interactions has been developed (glycoarray). Glycoarray are microstructured glass-slides, chemically functionalized in order to immobilize, organized and orderly, glycoclusters at the surface. The immobilization method is the specific immobilization method based on DNA hybridization called DDI (DNA Directed Immobilization). This miniaturized analytical biosystem allows multiplex test performed in one single microwell. Moreover, three independent methods of affinity measurement (direct fluorescence read-out, IC50 and Kd) have been developed and validated by a comparative study giving a similar ranking of glycoclusters for their affinity towards PA-IL. These measurements on glycoarrays consume only a few picomoles glycoclusters compared to conventional methods (ITC, ELLA...) that require micromoles of products. Using these glycoarrays, the screening of a library of hundreds of glycoclusters presenting different topologies, multivalencies, charges and linkers led to the identification of two structures showing a very strong affinity for PA lectins. These glycoclusters are currently in vitro assay and in vivo. These interaction studies on DDI-glycoarray were extended to other pathogens such as Burkholderia ambifaria bacteria, Viscum album or against the influenza virus. In the future, to better understand the mechanisms of sugar / protein interactions, it would be interesting to monitor in real time the interactions using label-free detection systems such as, for example, the surface plasmon resonance (SPR). Also, the last chapter gives the beginnings of an adaptation of the method of DDI glycoarray on gold surface

Le cancer est une cause majeure de mortalité dans le monde. Bien que les taux de décès aient fortement diminués grâce aux diagnostiques précoces et la mise au point de traitements multiples, les récidives sont fréquentes. Parmi les principaux traitements, la chimiothérapie présente une toxicité extrêmement élevée et la radiothérapie conduit souvent à la destruction de tissus sains, alors que des tumeurs errantes peuvent échapper à la chirurgie. L'immunothérapie offre une l'alternative particulièrement intéressante pour combattre le cancer. En particulier, le développement de vaccins thérapeutiques et/ou prophylactiques capables de traiter, et idéalement, protéger efficacement contre de tumeurs représente un objectif ambitieux. Notre équipe a décrit récemment une nouvelle génération de vaccins synthétiques qui incorporent dans la même molécule un cluster d'oligosaccharides (épitopes des cellules B), un peptide chimère (épitopes des cellules T) et un acide palmitique (adjuvant) lié à son extrémité N-terminale. Les études immunologiques ont révélé une régression tumorale et une augmentation spectaculaire du taux de survie chez la souris, sans administration d'adjuvants externes.Sur la base de ces travaux, notre objectif a été de développer une approche chimique qui permette d'accéder à des structures plus sophistiquées et plus immunogènes. Pour cela, nous avons mis au point des méthodologies de synthèse chimiosélectives telles que la ligation oxime (OL), la cycloaddition alcyne-azoture catalysée par le Cu(I) (CuAAc), le couplage thiol-chloroacétyle (TCC) et/ou le couplage thiol-ène (TEC) pour préparer des homoglycoclusters (4-, 16- ou 64-valent) ou d'hétéroglycocluster de combinaison variable (2+2, 3+1, 4+2, 8+8, 4x1 et 4x4) via différents types de liens chimiques (oxime, triazole, thioéther). Ces méthodes ont été appliquées à la synthèse de candidats vaccins portant les marqueurs osidiques Tn et/ou TF et un peptide immunostimulant. Des études biologiques avec des lectines bactériennes (LecB) ou végétale (UEA-I) ont été réalisées pour valoriser les composés glycosylés modèles (Fuc, Man, Gal) synthétisés au cours de cette thèse et ont permis de découvrir de ligands nanomolaires. Les études immunologiques actuellement en cours avec nos candidats vaccins permettront quant à elles de déterminer l'influence du linker, de la valence et de la composition en antigène sur la réponse immunitaire induite. / Cancer is a major cause of mortality worldwide. Even if the rate of deaths has decreased thanks to early diagnostics and the creation of a variety of treatments, reccurence happen frequently. Among the main treatments, chimiotherapy shows a very high toxicity and radiotherapy often leads to the destruction of healthy cells, while released tumors can be left around by surgery. Immunotherapy offers a very interesting alternative to fight cancer. The development of therapeutical and/or prophylactical vaccines, able to treat and protect against tumors, seems to be an ambitious goal. Our team has recently described a new generation of synthetical vaccines which involve in the same molecule an oligosaccharide cluster (B cells epitopes), a chimer peptide (T cells epitopes) and a palmitic acid (adjuvant), bound on its N-terminal end. Immunological studies have revealed a reduction of the tumor size and a spectacular increase of the survival rate on mice, without having to administrate any extern adjuvant. On the basis of these studies, our goal has been to develop a chemical approach which would give access to more sophisticated and more immunogenic structures. To do this, we have developed methodologies of chemoselective synthesis, such as oxime ligation, Cu(I) catalysed alkyne-azide cycloaddition, (CuAAc), the thiol-chloroacétyle (TCC) and/or the thiol-ène coupling (TEC), to prepare homoglycoclusters (4-, 16- or 64- valent) or heteroglycoclusters of variable combination (2+2, 3+1, 4+2, 4x1, 8+8, 4x4) via different kind of chemical links (oxime, triazole, thioéther). These methods have been applied to the synthesis of vaccine candidates having the same carbohydrate Tn and/or TF and an immunostimulating peptide. Some biological studies with bacterial (LecB) or vegetal (UEA-I) lectines have been realised to highlight the glycosylated compounds's templates (Fuc, Man, Gal) synthesized during this PhD and have revealed nanomolar ligands. The immunological studies currently in progress on our vaccine candidates will help to understand the influence of the linker, the valence and the antigen composition on the immune response created.

Les interactions multivalentes sucre/protéine sont impliquées dans de nombreux processus biologiques tels que l'adhésion hôte-pathogène, la communication cellulaire ou les réponses immunitaires. La conception de glycoconjugués capables de présenter des motifs osidiques en cluster est essentielle, non seulement pour étudier ces phénomènes de reconnaissance complexes mais aussi pour développer des agents biologiquement actifs. Dans ce contexte, l'objectif de ma thèse a été de synthétiser de nouveaux glycoclusters et d'évaluer leurs propriétés biologiques. Ces glycoclusters ont été obtenus en conjuguant des sucres sur des cyclopeptides par des méthodes chimiosélectives (cycloaddition de Huisgen et ligation oxime). Des composés tetravalents, hexavalents et hexadécavalents d'architectures et de compositions variables ont été synthétisés, entièrement caractérisés puis évalués au laboratoire ou dans le cadre de collaborations avec différentes cibles. Un glycocluster hexadécavalent fucosylé a ainsi pu être identifié comme puissant inhibiteur de l'interaction de la lectine PA-IIL de la bactérie Pseudomonas aeruginosa à une concentration subnanomolaire. Une autre famille de composés associant des sucres et des peptides a montré des propriétés immunologiques uniques, notamment pour activer les cellules NK contre des cellules cancéreuses sans déclencher de phénomène d'autoapoptose. Mots clés : chimie des sucres, chimie des peptides, glycoclusters, ligations chimiosélectives, interactions sucre-protéine, lectine, cellule NK. / Multivalent carbohydrates-protein interactions are involved in a large variety of biological processes such as host-pathogen adhesions, cell communication or immune responses. The design of glycoconjugates displaying multiple copies of sugars as cluster is essential, not only to study these complex recognition processes but also to develop bioactive agents. In this context, the objective of my PhD was to synthesize new glycoclusters and evaluate their biological properties. These glycoclusters were obtained by conjugating carbohydrate moieties and peptides using chemoselective ligations (Huisgen cycloaddition and oxime ligation). Tetravalent, hexavalent and hexadecavalent glycoclusters with variable structures and compositions were synthesized, fully characterized and biologically evaluated with different targets in our laboratory or in collaborations. A hexadecavalent fucosylated glycocluster was thus identified as a strong inhibitor of the lectin PA-IIL from Pseudomonas aeruginosa at subnanomolar concentration. Another type of molecule containing carbohydrate and peptides has showed unique immunological properties, in particular for the activation of NK cells against tumors without inducing apoptotic effect Key words: carbohydrate chemistry, peptide chemistry, chimioselective ligations, glycoclusters, carbohydrate-protein interactions, lectin, NK cell.

Les antigènes saccharidiques associés aux tumeurs (TACAs) sont considérés comme des marqueurs de cellules tumorales. Le développement de candidats vaccins synthétiques capables d'induire des réponses immunitaires robustes dirigées contre ces TACAs est un vaste champ d'investigation depuis de nombreuses années. Dans cette optique, mon travail s'est principalement focalisé sur la conception d'un candidat vaccin à trois composantes qui peut activer spécifiquement les cellules dendritiques, les cellules TH et les cellules B. La première partie de la thèse consistait à effectuer une étude approfondie des méthodes submonomère et monomère en solution pour accéder à une plateforme β-tripeptoïde O-α-GalNAc (épitope des cellules B), servant de mime du cluster trimérique de l'antigène Tn (GalNAc-α-O-Ser/Thr). Pour renforcer la stimulation du système immunitaire, un agoniste du récepteur Toll 7 (TLR7) préalablement synthétisé (exprimé par les cellules dendritiques) a été ensuite couplé à cette plateforme par l'intermédiaire de l'acide amino-caproïque, pris comme espaceur. L'édifice candidat vaccin a ensuite été complété par conjugaison au peptide OVA 323-339 (épitope des cellules TH ) grâce à la réaction de cycloaddition 1,3-dipolaire CuAAC. Enfin, l'aptitude du candidat vaccin à induire une réponse anti-Tn a été évaluée par l'équipe du Pr. C. Leclerc de l'Institut Pasteur de Paris. En parallèle de ces études, nous avons mis au point des conditions de ligation multivalente par couplage thiol-ène (TEC) pour l'obtention de peptoïdes S-glycosylés. / Tumor-Associated Carbohydrate Antigen (TACAs) are considered as cancer cells markers. The development of synthetic vaccine candidates which are able to induce a robust immune response against these TACAs is a field of great interest since many years. In this context, my work has been focused mainly on the design of a three-component vaccine candidate with the ability to activate specifically dendritic cells, T H cells and B cells. The first part of the thesis consisted in making a deep study on the submonomer and monomer methods for solution-phase synthesis of a β-tripeptoid O-α-GalNAc scaffold (B epitope). Its role is to mimic the Tn (GalNAc-α-O-Ser/Thr) trimeric cluster which is naturally present on tumor cells surface. To strengthen the stimulation of the immune system, a TLR7 agonist (receptor express by dendritic cells) has been, firstly, coupled through an amino-caproic acid spacer. The vaccine candidate has been next completed by conjugation with the OVA 323- 339 peptide (TH epitope) using the Copper-catalized Alkyne-Azide Cycloaddition (CuAAC). Finally, the capacity of this construction to generate anti-Tn response have been evaluated by the groupe of C. Leclerc of Institut Pasteur of Paris. At the same time, we have also developed conditions for multivalent ligations using thiol-ene coupling (TEC) to obtain a β-tripeptoid S-α-GalNAc scaffolds.

La bactérie Pseudomonas aeruginosa est un pathogène opportuniste responsable de graves infections chez les personnes affaiblies immunitairement. Présentant des souches résistantes aux antibiotiques, une nouvelle approche thérapeutique est en cours de développement avec pour objectif l'inhibition des facteurs de virulence de la bactérie. Lors de son processus d'infection, le pathogène utilise les lectines pour reconnaître et se lier de manière spécifique aux glycoconjugués des cellules-hôtes en formant une interaction lectine/glycoconjugué. Plus particulièrement, la lectine PA-IL, spécifique du galactose, a été étudiée. A l'aide de glycomimétique, il semble possible de bloquer l'action de la lectine en créant une interaction lectine/glycomimétique. Pour développer cette approche, de nombreux glycocluster sont donc été élaborés et leur affinité avec la lectine PA-IL a été évaluée par plusieurs méthodes de caractérisation (SPR, HIA, ELLA, puce à sucre,...).Dans ce projet de thèse, nous avons cherché à visualiser par microscopie à force atomique (AFM) l'arrangement des complexes lectine PA-IL/glycocluster formés pour trois glycoclusters différents. Nous avons ainsi pu montrer l'influence du cœur du glycocluster et des bras-espaceurs sur l'arrangement des complexes. Suivant le glycocluster, l'arrangement prend la forme de filaments 1D,de structures dentelées avec des bras sinueux ou encore de larges structures compactes. Dans le cas des filaments, la résolution de nos images AFM nous a permis d'identifier les lectines à l'intérieur même de la structure filaire. Nous avons aussi démontré, en observant les lectines seules, l'existence d'une interaction lectine/lectine. De plus, des expériences ont été menées pour déterminer les conditions expérimentales appropriées à leur observation à l'air et en milieu liquide.

La bactérie Pseudomonas aeruginosa (PA) est un pathogène responsable de 20%-30% des infections nosocomiales en milieu hospitalier. Pour les individus sains, elle ne présente pas de réel danger, mais pour les personnes atteintes par la mucoviscidose et les patients immunodéprimés, elle est la cause principale de mortalité et des infections pulmonaires. PA a développé des souches multi-résistantes aux antibiotiques et des nouvelles approches thérapeutiques plus efficaces sont donc nécessaires. Elle se fixe à la surface des cellules-hôtes par une interaction entre des protéines (lectines) présentes sur sa membrane et des sucres présents sur la membrane cellulaire. L’interaction lectine-sucre joue un rôle important dans l’adhésion de la bactérie puis dans la fabrication d’un biofilm pathogène.Une nouvelle approche thérapeutique consiste à créer des molécules synthétiques (glycomimes) de plus grande affinité que les sucres présents sur les cellules. Pour cela, plus de 150 glycomimes ont été synthétisés et examinés afin de trouver le meilleur candidat pour empêche le processus d'infection de bactéries. Certains d'entre eux ont été choisis et étudiés par la Microscopie à Force Atomique (AFM). Cette thèse est consacrée à l’étude des interactions lectine-glycomime et aussi cellule-bactérie par AFM. L’imagerie combinée avec la modélisation permet de comprendre le rôle du glycomime sur la géométrie des complexes créés et la spectroscopie permet de mesurer les forces d’interaction présentes lors de l’adhésion, au niveau moléculaire et cellulaire. Une réduction de l’adhésion bactérienne a été observée après l’introduction du glycomime, confirmant son rôle d’inhibiteur et la validité de toute la démarche. L’objectif ultime est l’identification des meilleurs glycomimes à introduire afin de développer de nouveaux médicaments. / Pseudomonas aeruginosa (PA) is a human opportunistic pathogen responsible for 20% -30% of nosocomial infections in French hospitals. For healthy people, it presents no real danger, but for people with cystic fibrosis disease and immune-compromised patients, it is the leading cause of mortality and lung infections. PA has developed antibiotic multi-resistant strains and new and more effective therapeutic approaches are needed. It binds to the surface of the host cells by an interaction between proteins (lectins) present on the membrane and sugars of the host-cell membrane. The lectin-sugar interaction plays an important role in adherence of the bacteria and in the manufacture of a pathogenic biofilm.A new therapeutic approach is to create synthetic molecules (glycoclusters) of greater affinity than the natural sugars present on the cells. To this aim, more than 150 glycoclusters have been synthetized and screened to find the best candidate to inhibit the bacteria infection process. Some of them have been selected and studied by Atomic Force Microscopy (AFM). In particular, this thesis is devoted to study the lectin-glycocluster and cell-bacteria interactions by AFM. The combination of AFM imaging with molecular dynamic simulations let understanding the role of the geometry of the glycoclusters on the complex formation, while AFM spectroscopy accesses the lectin-glycocluster interaction forces at the molecular and cellular levels. The reduction of bacterial adhesion has been observed upon the addition of the glycocluster. This confirms the anti-adhesive properties of the glycocluster and validates the procedure. The ultimate goal is the identification of the best glycoclusters in order to develop new drugs.